“雙碳”目標(biāo)下肥料行業(yè)發(fā)展對策*
——基于2011—2020年碳減排與存在問題的分析

李 華, 李秀英, 王 磊, 李玉義, 王 婧

(1.中國農(nóng)業(yè)科學(xué)院農(nóng)業(yè)資源與農(nóng)業(yè)區(qū)劃研究所 北京 100081; 2.農(nóng)業(yè)農(nóng)村部政務(wù)服務(wù)大廳 北京 100125)

為了適應(yīng)并減緩氣候變化, 碳達峰和碳中和這個“雙碳”目標(biāo)已經(jīng)成為世界發(fā)展的共同目標(biāo)。目前,全球已經(jīng)有140多個國家提出了碳中和目標(biāo), 大部分國家計劃在2050年前后實現(xiàn)碳中和[1-2]。2020年9月, 我國政府提出, 二氧化碳排放力爭于2030年前達到峰值, 努力爭取2060年前實現(xiàn)碳中和。肥料是重要的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)資料, 在碳排放中起著雙重作用。一方面, 肥料在生產(chǎn)、運輸和使用過程中要消耗能量, 產(chǎn)生CO2排放, 是重要的碳排放源?；省⑥r(nóng)膜、農(nóng)藥、灌溉和農(nóng)業(yè)機械等不同碳排放源中, 化肥是主要來源。1997-2015年化肥占到農(nóng)業(yè)碳排放總量的55.80%[3], 1997-2017年施用化肥引起的碳排放占到了農(nóng)業(yè)碳排放量年平均值的59.87%[4]。2018年中國農(nóng)業(yè)總碳排放量為8.70×108t, 其中化肥引起來的碳排放量占比60.30%[5]。另一方面, 合理使用肥料能夠促進作物生長發(fā)育, 增加光合作用強度, 提升固碳能力, 減少空氣中的CO2, 起減排作用。1 kg化肥(養(yǎng)分)可增加糧食7.5 kg, 扣除生產(chǎn)肥料所釋放的CO2和消耗的O2后, 仍可凈固定CO222.18 kg, 凈釋放O216.17 kg[6-7]。在合理的施肥范圍內(nèi), 相較于不施肥, 每公頃耕地施用170 kg氮肥可捕獲相當(dāng)于1.80 t標(biāo)準(zhǔn)煤的能量, 扣除氮肥生產(chǎn)需消耗的273.00 kg標(biāo)準(zhǔn)煤的能量, 仍可凈捕獲約1.60 t標(biāo)準(zhǔn)煤的能量[8]。如果不考慮農(nóng)作物對不同類型化肥吸收利用的差異, 全部采用最低排放類型化肥及相應(yīng)的施肥策略, 中國農(nóng)作物生產(chǎn)平均每年可減少碳排放量127.41 Mt CO2eq和23.45%的溫室氣體排放[9]。用有機肥替代化肥可以大幅減少農(nóng)田溫室氣體排放量, 固碳潛力達到11.50 t(CO2eq)·hm-2·a-1, 如果有機肥全部替代化肥, 農(nóng)田將變?yōu)榈湫偷奶紟靃-8.80 t(CO2eq)·hm-2·a-1], 而全部施用化肥的農(nóng)田則是典型碳源[+2.70 t(CO2eq)·hm-2·a-1][10-11]。

未來很長一段時間, 肥料對于糧食和農(nóng)業(yè)生產(chǎn)發(fā)展仍具有不可替代作用, 使用合適的肥料產(chǎn)品、科學(xué)施用肥料, 對于減少碳排放有重要作用。對標(biāo)“雙碳”目標(biāo), 如何既減少肥料行業(yè)碳排放, 又確保國家糧食安全, 需要政府、科研機構(gòu)、企業(yè)和公眾等多方共同努力。本研究利用聯(lián)合國糧農(nóng)組織、國家統(tǒng)計局、農(nóng)業(yè)農(nóng)村部等網(wǎng)站公布的數(shù)據(jù)資料, 分析肥料在碳排放中的作用和當(dāng)前肥料行業(yè)碳減排現(xiàn)狀,提出存在的問題, 探討“雙碳”目標(biāo)下肥料行業(yè)的發(fā)展建議, 為肥料行業(yè)低碳化發(fā)展提供參考。

1 肥料行業(yè)碳減排現(xiàn)狀

1.1 化肥產(chǎn)量和施用量呈先增后降態(tài)勢, 成為近年農(nóng)業(yè)碳減排的最大貢獻者

化肥制造的原料和燃料都嚴(yán)重依賴化石能源,屬于高耗能產(chǎn)業(yè)。化肥產(chǎn)量和施用量大幅下降帶來的碳減排量相當(dāng)可觀。自2015年國家實施《到2020年化肥使用量零增長行動方案》以來, 產(chǎn)能過剩的化肥行業(yè)逐步回歸到理性發(fā)展軌道。同時, 由于煤炭等原材料價格上行、優(yōu)惠政策退出、新冠肺炎疫情持續(xù)等不利因素影響, 化肥產(chǎn)量和施用量均呈逐年下降態(tài)勢, 所產(chǎn)生的碳排放大幅減少。國家統(tǒng)計局?jǐn)?shù)據(jù)[12]表明, 中國農(nóng)用氮、磷、鉀化肥的產(chǎn)量由2015年的最高值7.43×107t (折純, 下同)降至2020年的5.50×107t, 降幅達26.05%, 2016-2020年累計減少8.01×107t; 化肥施用量由2015年的最高值6.02×107t降至2020年的5.25×107t, 降幅達12.82%,2016-2020年累計減少1.96×107t。聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)[13]表明, 中國化肥生產(chǎn)和施用的碳排放由2015年的3.35×108t CO2eq降至2020年的2.74×108t CO2eq, 降幅達18.21%, 2016-2020年累計減少2.01×108t CO2eq (圖1)。金書秦等[14]研究也表明,2018年中國農(nóng)業(yè)碳排放比2016年的排放峰值減少1.53×107t, 其中化肥碳減排對農(nóng)業(yè)碳減排的貢獻達94.50%, 是近年來最大的減排貢獻者。

圖 1 2011—2020年中國化肥產(chǎn)量、施用量和碳排放量變化情況Fig.1 Change of the output, application amount of chemical fertilizers and carbon emissions in China from 2011 to 2020

1.2 有機肥產(chǎn)量和需求量呈上升態(tài)勢, 促進了農(nóng)業(yè)固碳減排

2002年, 國家頒布有機無機復(fù)混肥料標(biāo)準(zhǔn)(GB 18877-2002)和有機肥料標(biāo)準(zhǔn)(NY525-2002), 商品有機肥正式進入中國肥料流通領(lǐng)域。2017年以來,國家加大對有機肥施用和生產(chǎn)的支持補貼力度, 啟動實施了果菜茶有機肥替代化肥行動[15], 有機肥企業(yè)數(shù)量不斷增多、新型產(chǎn)品不斷涌現(xiàn)、生產(chǎn)規(guī)模逐漸擴大、市場需求持續(xù)穩(wěn)定增長。根據(jù)網(wǎng)上公開資料顯示[16], 2020年我國有機肥產(chǎn)量達1.56×107t, 比2015年增長29.46%; 需求量約為1.52×107t, 比2015年增長27.85% (圖2)。有機肥的大量施用, 既為禽畜糞便的利用開辟了渠道, 避免了大量碳氮元素的無謂排放, 又減少化肥使用, 從生產(chǎn)源頭降低了碳排放,而且改良土壤, 提升了固碳能力, 降低了溫室氣體排放?；蕼p量50%并配施豬糞, 土壤有機碳固持量增加192%, 分別減少雙季稻田52%的溫室氣體凈排放和53%的單位產(chǎn)量凈排放[17]。

圖 2 2011—2020年中國有機肥供需量變化情況Fig.2 Change of supply and demand of organic fertilizers in China from 2011 to 2020

1.3 科學(xué)施肥技術(shù)加快推廣, 提高了肥料吸收利用率

農(nóng)業(yè)農(nóng)村部每年在全國300個縣進行化肥減量增效示范, 在233個重點縣進行有機肥替代化肥試點。2020年有機肥施用面積為3.67×107hm2, 較2015年增加50%; 大力開展測土配方施肥, 三大糧食作物施肥總量中配方肥占比超過60%; 加快推廣水肥一體化、機械深施等先進節(jié)肥技術(shù), 水肥一體化面積達9.33×106hm2、機械施肥達4.67×107hm2[18]。水稻(Oryza sativa)、玉米(Zea mays)、小麥(Triticum aestivum)等三大糧食作物的化肥利用率逐年提高, 2020年達40.20%, 較2015年提高了5個百分點(圖3)。相同數(shù)量的化肥, 被農(nóng)作物有效吸收利用的比例提高, 排放自然減少。1962-2018年, 每噸化肥施用后碳排放量呈總體下降趨勢, 從8.30 t CO2eq下降到3.20 t CO2eq[14]。

圖 3 2015—2020年中國水稻、玉米、小麥三大糧食作物化肥利用率變化情況Fig.3 Change of the utilization rates of chemical fertilizer for rice, corn and wheat from 2015 to 2020

2 肥料行業(yè)存在的問題

2.1 化肥施用量依然偏高, 利用率偏低

中國化肥施用總量雖然已經(jīng)實現(xiàn)了負增長, 但仍居世界第一位, 占世界化肥施用總量的比例和單位面積化肥施用量依然很高, 化肥利用率依然偏低。聯(lián)合國糧農(nóng)組織數(shù)據(jù)[19]表明, 近10年中國農(nóng)用化肥施用量占世界農(nóng)用化肥施用量的比例已由2015的最高值29.60%降至2020年的22.65%, 而2020年美國、歐盟和日本的占比僅為9.92%、7.72%和0.49%; 中國農(nóng)作物單位面積化肥施用量已由2014年的最高值408.79 kg·hm-2降 至2020年 的336.78 kg·hm-2(圖4), 但仍遠高于128.98 kg·hm-2的世界平均水平和發(fā)達國家公認的225 kg·hm-2的安全上限, 是美國(124.04 kg·hm-2)的2.72倍、歐盟(135.23 kg·hm-2)的2.49倍、日本(223.58 kg·hm-2)的1.51倍。2020年我國三大糧食作物化肥利用率已提高到40.20%, 但仍比歐美發(fā)達國家低10～20個百分點以上[20-21]。

圖 4 2011—2020年中國農(nóng)作物化肥單位面積施用量變化情況Fig.4 Change of application amount of chemical fertilizers per unit area in China from 2011 to 2020

2.2 新型肥料創(chuàng)新不足, 市場較為混亂

全球氮肥70%～80%以天然氣為原料制造, 而我國氮肥70%仍以煤為原料制造[22-23], 以煤為原料產(chǎn)生的CO2排放量是天然氣的2倍[24]。在化肥負增長的大趨勢下, 新型肥料行業(yè)快速迅猛發(fā)展, 新品種層出不窮, 但關(guān)鍵技術(shù)和核心技術(shù)創(chuàng)新仍然不足, 相關(guān)標(biāo)準(zhǔn)缺失, 市場較為混亂。2016-2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部新申請的肥料產(chǎn)品為23 279個, 其中批準(zhǔn)的產(chǎn)品為16 520個, 占70.97%; 不批準(zhǔn)產(chǎn)品為6759個, 占29.03%, 主要原因有產(chǎn)品質(zhì)檢不合格、田間試驗報告不符合登記要求、標(biāo)簽不合格等。微生物肥、水溶性肥等新型肥料起步較晚、規(guī)模較小, 產(chǎn)品趨同、功能差異性不高; 有機肥生產(chǎn)設(shè)備和工藝落后老套,企業(yè)自主創(chuàng)新相對薄弱; 有機無機復(fù)混肥生產(chǎn)還存在很多技術(shù)難點, 如物理性結(jié)合、發(fā)酵除臭等; 多功能肥料還處于比較混亂的起步階段, 很多技術(shù)還不夠成熟和穩(wěn)定; 新型肥料生產(chǎn)工序復(fù)雜, 推廣服務(wù)成本高, 價格相對較貴; 有些廠家回避新型肥料的缺點,過分夸大功效, 個別不法生產(chǎn)者以次充好甚至造假售假, 對農(nóng)戶的信任產(chǎn)生沖擊。企業(yè)宣傳指導(dǎo)不夠,農(nóng)戶對新型肥料認知不足, 對新技術(shù)、新產(chǎn)品的接受程度不高, 施用意愿較低。目前, 我國新型肥料的施用量僅占總體肥料使用量的10%左右[25-26], 歐洲國家微生物肥料的施用比例達45%～60%, 美國微生物肥料的施用比例高達60%～70%[27]。

2.3 施肥不科學(xué)問題依然存在, 化學(xué)肥料偏多、有機肥偏少

雖然國家一直大力提倡“測土配方施肥”和“減肥增效”, 但與國外相比, 我國的施肥技術(shù)和配套機具仍然存在很大差距[28-29]。一些農(nóng)民的施肥觀念已有很大改變, 但大部分農(nóng)民已經(jīng)習(xí)慣了傳統(tǒng)的農(nóng)業(yè)生產(chǎn)方式, 不愿控制肥料的使用, 化肥使用比例不科學(xué)、施用方式不合理的問題依然突出。有研究表明[30],75.95%的農(nóng)戶不了解科學(xué)施肥, 79.01%的農(nóng)戶不了解耕地土壤養(yǎng)分情況, 絕大多數(shù)農(nóng)戶憑經(jīng)驗施肥。雖然測土配方施肥技術(shù)的覆蓋率已近90%, 但農(nóng)民用得上、愿意用的配方肥使用率還不高[31], 肥料利用率較高的微生物肥、液體肥、水溶肥等新型肥料使用量則更少[32]。氮磷成分過高, 鉀元素配比較少, 肥料成分單一現(xiàn)象明顯[33]。施肥結(jié)構(gòu)不平衡, 化肥表施、撒施現(xiàn)象依然比較普遍, “三重三輕”(重化肥、輕有機肥, 重大量元素肥料、輕中微量元素肥料, 重氮磷肥、輕鉀肥)問題依然突出, 機械施肥僅占農(nóng)作物種植面積的30%[34]。糧食作物偏施氮肥、磷肥, 蔬菜、花卉施用磷肥量較大, 有機肥施用明顯不足[35]。目前, 中國有機肥料施用量占肥料施用總量的比例僅20%左右, 而美國、英國、日本等西方發(fā)達國家的占比則高達50%左右[36-37]。

2.4 肥料立法缺失, 監(jiān)管仍然薄弱

世界上很多國家有專門的肥料法律, 日本于1950年頒布了《肥料管理法》[38], 韓國于1976年頒布了《肥料管理法》[39], 加拿大于1985年頒布了《肥料法》[40], 德國于1986年頒布了《肥料法》[41],英國于1991年頒布了《肥料法》[42], 歐盟于2003年頒布了統(tǒng)一的《肥料法》[43], 美國聯(lián)邦政府沒有出臺統(tǒng)一的肥料法, 由各州自行制定[44-45]。我國是農(nóng)業(yè)大國, 也是肥料生產(chǎn)和使用大國, 在農(nóng)業(yè)投入品中, 至今只有肥料尚沒有制定專門的法律法規(guī)。我國1989年頒布《中華人民共和國農(nóng)業(yè)部關(guān)于肥料、土壤調(diào)理劑及植物生長調(diào)節(jié)劑檢驗登記的暫行規(guī)定》, 實行肥料登記管理制度, 2000年農(nóng)業(yè)部頒布《肥料登記管理辦法》并于2004年、2017年、2022年進行3次修訂。《肥料登記管理辦法》僅是部門規(guī)章, 法律效力低。中國肥料管理分別歸屬在不同的部門,尚未形成統(tǒng)一的肥料監(jiān)督管理體系[46]。肥料市場秩序有待規(guī)范, 肥料標(biāo)準(zhǔn)體系尚不健全, 肥料事中事后監(jiān)管仍有待加強。

3 “雙碳”目標(biāo)下肥料行業(yè)發(fā)展對策

3.1 大力研發(fā)新型肥料

適應(yīng)“雙碳”目標(biāo)要求, 在以煤為原料生產(chǎn)氮肥這一基調(diào)確定的情況下, 采用更為先進的碳捕捉與貯存技術(shù)減少化肥生產(chǎn)過程中的碳排放量, 降低合成氨單位產(chǎn)品的綜合能耗值; 組織開展低碳肥料研發(fā)創(chuàng)新, 大力鼓勵發(fā)展新型環(huán)保高效肥料, 推廣應(yīng)用生物肥、液體肥料、水溶性肥料、緩/控釋肥料、有機無機復(fù)混肥料、中(微)量元素肥料、含腐植酸(氨基酸)肥料、有機肥等新型肥料, 建立面向綠色發(fā)展的新型肥料產(chǎn)業(yè)體系。2016-2020年農(nóng)業(yè)農(nóng)村部新登記的肥料產(chǎn)品達16 520個, 涉及的企業(yè)數(shù)約6000多家, 平均每年新登記3304個產(chǎn)品。 對新型肥料研發(fā)給予電費、稅費、運費和設(shè)備補貼等扶持政策,降低新型肥料的生產(chǎn)和流通推廣成本, 促進新型肥料關(guān)鍵技術(shù)和裝備研發(fā)不斷取得突破, 推動肥料行業(yè)轉(zhuǎn)型升級。用好碳交易市場, 建立健全運行機制,促進肥料企業(yè)加強工藝和產(chǎn)品創(chuàng)新, 減少碳排放, 提高肥料利用效率。

3.2 加快推廣減肥增效科學(xué)施肥技術(shù)

農(nóng)業(yè)領(lǐng)域?qū)崿F(xiàn)“雙碳”目標(biāo), 提高肥料利用率至關(guān)重要。維持當(dāng)前糧食產(chǎn)量水平, 如果小麥、玉米、水稻三大糧食作物主產(chǎn)區(qū)全部采用測土配方施肥,每年化肥投入可削減8.14×106t, 占三大糧食作物主產(chǎn)區(qū)化肥使用量的27.60%, 每年可減少碳排放1.05×107t[47]。繼續(xù)深入推進測土配方施肥, 進一步做好取土化驗、田間試驗、制定配方等公益性施肥服務(wù), 提高測土配方施肥技術(shù)到位率, 確保配方肥落地到田。不斷改進施肥方式, 以機械為載體, 加快集成農(nóng)機農(nóng)藝融合的施肥技術(shù), 重點推廣機械深施、玉米種肥同播、水稻側(cè)深施肥、水肥同施、適期施肥、葉面噴施等科學(xué)高效施肥技術(shù), 提高化肥利用率。以設(shè)施蔬菜栽培集中區(qū)域為重點, 通過配套建設(shè)滴灌設(shè)施, 將施肥和灌溉同步進行、一體化管理, 加快推廣水肥一體化技術(shù), 提升節(jié)水節(jié)肥水平。大力發(fā)展智能施肥技術(shù), 通過傳感器和軟件等數(shù)字技術(shù)實時監(jiān)測土壤信息, 形成最合理的施肥方案, 實現(xiàn)按時按需精準(zhǔn)施肥, 最大限度地節(jié)約化肥。

3.3 強化農(nóng)業(yè)廢棄物資源化綜合利用

我國每年可產(chǎn)生3.80×109t的畜禽糞污, 但利用率還不足60%[48]。我國每年秸稈產(chǎn)量超過8.00×108t,綜合利用率為80%[49]。加大力度利用畜禽糞污資源生產(chǎn)和推廣商品有機肥, 提升秸稈綜合利用水平, 既能大大減輕農(nóng)業(yè)面源污染, 又可以大幅減少化肥用量。畜禽糞便產(chǎn)生的氮、磷如果全部用于果菜茶生產(chǎn), 可替代78%的化肥[50]。要進一步以廢棄物肥料化利用為基礎(chǔ), 根據(jù)不同區(qū)域、畜種、規(guī)模, 因地因場制宜采取經(jīng)濟高效適用的處理模式, 引導(dǎo)農(nóng)民利用畜禽糞污積造施用有機肥, 就地就近還田用好畜禽糞污等有機資源, 替代部分化肥投入, 加快形成有機無機合理結(jié)合、大中微量元素科學(xué)配比的施肥結(jié)構(gòu)。要持續(xù)推進秸稈肥料化、飼料化和基料化利用,發(fā)揮好秸稈耕地保育和種養(yǎng)結(jié)合功能。建議出臺專門的支持和獎勵政策, 鼓勵社會資本和專業(yè)化服務(wù)組織參與廢棄物處理和肥料化利用, 加快構(gòu)建形成產(chǎn)業(yè)化發(fā)展、市場化經(jīng)營、科學(xué)化管理和社會化服務(wù)的廢棄物肥料化利用新格局。

3.4 強化肥料行業(yè)立法監(jiān)管

要以農(nóng)業(yè)農(nóng)村部令2022年第1號修訂后的《肥料登記管理辦法》為基礎(chǔ), 針對肥料監(jiān)管中存在的問題, 學(xué)習(xí)借鑒國外經(jīng)驗, 做好頂層制度設(shè)計, 加快推動出臺《肥料法》, 建立和完善肥料法律法規(guī), 明確相關(guān)管理部門的職責(zé), 規(guī)范生產(chǎn)主體的行為, 使我國的肥料生產(chǎn)、施用、管理有法可依、有法必依。健全肥料標(biāo)準(zhǔn)體系, 抓緊制修訂目前生產(chǎn)中急需的產(chǎn)品標(biāo)準(zhǔn), 完善施用技術(shù)規(guī)范, 加快建立適應(yīng)我國國情的肥料標(biāo)準(zhǔn)體系。2020年9月, 國務(wù)院決定取消和下放一批行政許可事項(國發(fā)〔2020〕13號), 將大中微量元素水溶肥料等7類肥料的管理方式由登記改為備案。自2020年12月15日備案系統(tǒng)啟用以來, 至2022年9月21日部級產(chǎn)品備案數(shù)達144 735個, 省級產(chǎn)品備案數(shù)達81 330個, 境外產(chǎn)品備案數(shù)達11 760個。農(nóng)業(yè)農(nóng)村部門需要加大對登記和備案肥料產(chǎn)品的質(zhì)量監(jiān)督檢查力度, 從注重“事前”管理調(diào)整為更加注重“事中”與“事后”管理, 促進肥料行業(yè)科學(xué)規(guī)范和低碳發(fā)展。

3.5 加強科學(xué)低碳施肥宣傳培訓(xùn)

充分用好電視、廣播、報刊等傳統(tǒng)媒體和短視頻等新媒體以及田間學(xué)校、現(xiàn)場觀摩、專家講座等宣傳形式, 大力宣傳肥料有關(guān)的法律法規(guī)和科學(xué)安全合理施肥的標(biāo)準(zhǔn)規(guī)范, 使農(nóng)民充分認識科學(xué)低碳施肥的必要性和重要性, 讓減量施肥、低碳施肥成為全社會的共識, 成為廣大農(nóng)民和種植大戶的自覺行動。農(nóng)技部門要充分發(fā)揮作用, 積極引導(dǎo)廣大農(nóng)民群眾科學(xué)識肥購肥, 正確認識各種肥料的用量、功效和施用方法, 熟練掌握各項節(jié)肥措施, 讓低碳肥料新產(chǎn)品、新技術(shù)、新模式、新機具等實用技術(shù)真正進入千家萬戶、落到田間地頭, 實現(xiàn)合理利用土壤、科學(xué)使用肥料。